上图为翼龙。(图片由作者提供)
下图为约2.3亿年前的兔蜥化石拼图。(图片由施普林格·自然提供)
进化杂谈
近日,《自然》最新发表论文称,巴西研究人员发现了保存完好的约2.3亿年前的兔蜥部分骨骼。兔蜥为翼龙的前身物种,此次发现的种类具有不同寻常的特征。这一发现和以往的其他化石一起表明,兔蜥在形态上比三叠纪的恐龙更为多样化。
无翅兔蜥,其实与翼龙是近亲
追溯翼龙的起源一直是古生物学一个悬而未决的问题。1900年,德国的动物学家福伯林格曾提出,翼龙的祖先和恐龙是同一时代的动物。后来有古生物学家假设,翼龙的祖先可能是一种小型树栖性的爬行动物。1907年,古生物学家在苏格兰地区发现了泰勒斯克列罗龙化石,这是一种距今2.31亿年前生活在闷热环境中的兔蜥科动物,它或是翼龙的近亲。
兔蜥化石最早发现于20世纪三四十年代的美国德克萨斯州。古生物学家研究判断,兔蜥动物平衡感强,行动敏捷。
之后,在南美洲发现了更多兔蜥化石,科学家更加认识到,兔蜥是一种小型无翅爬行动物,主要生活在距今2.37亿至2.1亿年前的三叠纪。分子生物学研究也表明,翼龙很可能是由陆栖爬行动物演化而来的。
古生物学家原先一直认为,兔蜥与恐龙的亲缘关系更近,因为兔蜥骨骼的长度及形状与翼龙和恐龙都非常相似。但后来一系列证据越来越支持兔蜥与翼龙是姐妹类群,它们有共同的祖先。美国弗吉尼亚理工大学地球科学系的研究人员研究了近年来在北美、巴西、阿根廷和马达加斯加发现的兔蜥化石,对其头骨和骨骼进行了详细研究,确信兔蜥是一种与翼龙亲缘关系最近的近亲。
具备与飞翔有关的特征,兔蜥在形态上呈现多样性
兔蜥是两足行走的爬行动物,没有翅膀,不会飞,但它和翼龙有一些共同的独有特征,比如内耳形状,骨骼也具有许多共源性状,这些都有力支持了两者之间的关系。
研究人员利用微型电脑层析扫描及3D技术发现,兔蜥已经进化出了一些与翼龙飞翔能力相关的神经特征。显然,这些特征在具备飞行能力之前就已演化出来,这从解剖及进化角度解决了兔蜥与翼龙的亲缘关系,为研究爬行动物起源及其飞翔能力提供了新模式。
此次科学家在巴西发现的约2.3亿年前的兔蜥新物种,不仅有猛禽之喙,也有突出的弯刀形爪,这些特征表明兔蜥动物在生态位上处于高度特化,其爪可能用于帮助对付猎物或攀爬,而喙在进食之外还将有性展示、发声和温度调节等功能。
此外,新发现的兔蜥性状表明,这个类群有着不同寻常的多样性,在形态上与三叠纪的翼龙同样呈现出多样化,这意味着兔蜥多样性在恐龙和翼龙的祖先身上已经开始蓬勃发展。
翼龙飞行机制独特,系统发育与鸟类更近
翼龙在中生代天空横行了1.5亿年,是脊椎动物三支飞行动物翼龙、鸟类和蝙蝠中演化最持久的一支。虽然,翼龙的皮膜翼曾让早期的一些学者认为它们的飞行机制类似蝙蝠,但随着研究的深入,发现翼龙与鸟类具有更近的系统发育关系。
我国科学家对哈密翼龙肩带形态学与骨组织学的最新研究成果,揭示了翼龙的飞行机制。研究表明,哈密翼龙可能如鸟类一样利用喙上肌收缩实现翅膀上扬,哈密翼龙的肩臼窝疑似保留有软骨组织,这可能与鸟类一样具有厚实的关节软骨以缓冲飞行压力。
研究还发现,翼龙具有独特的飞行机制。与鸟类终生不愈合的肩胛骨与乌喙骨不同,哈密翼龙的肩胛骨与乌喙骨在个体成年之前就已经完全愈合,形成骨性结合的肩胛乌喙骨,代表了翼龙飞行演化过程中独特的肩带适应。
(作者系中国科学院南京地质古生物研究所研究员、南京古生物博物馆名誉馆长)
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翼龙究竟是如何飞上蓝天的
翼龙并非地球生物界第一个会飞翔的动物,但它是脊椎动物中最先飞向蓝天的动物。当距今3亿年前率先飞上蓝天的昆虫在石炭纪大森林中自由穿梭飞翔时,还没有脊椎动物飞行的踪迹,因为那时鱼类才从水里爬上岸不久。羊膜动物正呈现三大类型的演化格局,如下孔类、双孔类和无孔类。其中在头骨侧面眼眶后面有两个嗫嚅孔的双孔类,后来就衍生出了包括恐龙、翼龙等称霸中生代陆地和天空的巨龙。
鸟类有从树上飞上蓝天的假说,很可能是“从树上飞起来的”。然而,翼龙有着不同的飞行演化途径,翼龙祖先经历了一段没有树栖生活的演化适应。
化石提供的证据表明,那时的翼龙祖先泰勒斯克列罗龙还不怎么会飞,但有一双粗壮的脚蹦蹦跳跳,或者开始用四肢行走。因此,多数学者认为翼龙类是从陆地奔跑动物演化而来。而且,斯克列罗龙或沙洛维龙,身体都有从后腿延展至身体或尾巴的皮膜。这些都显示翼龙类的飞行演化途径是“从地面往上”,或是攀爬悬崖。